世間ではアイアンマンの正体がトニー・スタークだったことに熱狂していた。
このニュースを見ていた老人はイワンという男に対して「本当ならお前がああなっていた。知識しか与えられなくて済まない」と言う。老人はそのセリフを残して亡くなり、イワンは泣き叫ぶ。
イワンはスタークとアントン・ヴァンコと書かれたアーク・リアクターの設計図をもとにアーク・リアクターを作ることに成功する。
オープニングテロップ
それから半年後
トニースタークはエキスポを開いていた。そのエキスポでは今までのことやこれからのことが話される。
さらにトニーは父親のハワード・スタークが残したビデオを身ながらなにやら数値を気にしていた。
スターク・エキスポは定期的に開催されるものだった。
スタークの秘書のペッパーは召喚状を持ってくる。その召喚状はアメリカ政府からのものであり、それに出席したトニーはスーツの譲渡を求められた。当然トニーはそれを断ったが政府側は兵器の専門家のジャスティン・ハマーという人物も呼んでいた。
ジャスティン・ハマーはスーツについて述べる。さらにそこにはローディも呼ばれていた。
ローディは用意されていたカンペのある一部分を無理やり読まされ、その内容はトニーを否定するものだった。
さらに政府は何やら映像を見せる。それはトニーが開発したスーツを開発しようとする北朝鮮や他の国の映像であり、ことごとく失敗していた。
トニーはスーツを開発するには時間がかかるとも言い、「スーツは渡さない」ことと「世界平和を民営化」したとも述べた。これに対して各人やマスコミは称賛の拍手をする。
その映像を見ていたイワンはアーク・リアクターの他に装備も作っていた。
トニーは自宅で何か液体を飲んでいた。どうやらアーク・リアクターに使用しているパラジウムが体に毒であり、その毒素がトニーの体を犯していて代替素材が見つからなければ死に至るようだった。
そこに秘書のペッパーが現れて色々と話をする。トニーは自分が死ぬことについて悲観しており、ペッパーにスタークインダストリーズの経営権を譲ることを宣言する。
その後トニーは人生を楽しみつつペッパーは新しくナタリー・ラッシュマンという女性を秘書として迎えていた。ペッパーに対してナタリーのことを何者だ？とトニーは言う。
ナタリーはトニーとボクシングをしていた男をいとも簡単にTKOにする運動能力の持ち主だった。
トニーはナタリーが欲しいというがペッパーは断る。
モナコに訪れたトニーとペッパーはそこでみんなが集まる中新しい社長の誕生を祝ったりしていた。そこにはなぜかナタリーもおり、ペッパーはトニーがナタリーを気に掛けることについて嫉妬していた。
そのころトニーの体は毒素が50%を上回っていた。
トニーはモナコでなぜかレースに出場し始める。これを知らなかったナタリーとペッパーはハッピーに連絡を試みる。
さらにレース中にイワンが現れて車を破壊、その様子は映像として映し出されており、ハッピーはスーツケース型のアイアンマンスーツをトニーに渡すために急いで現場で向かっていった。
トニーの車はすでに襲われており、トニー自身も防具を着たイワンに追い詰められてしまう。しかしそこにハッピーが現れて無事スーツケースを回収。
ケースはすぐさまトニーの体に吸着するように着用されてアイアンマンとなり、イワンと戦い始める。
トニーはイワンについていたアーク・リアクターを取り出したことで無力化してイワンは取り押さえられることになる。しかしイワンは連れ去られている時に「お前の負けだ」と言い残していった。
イワンについて調べられたが結局どんな人物かは割ることが出来なかった。トニーはイワンと面会する。
イワンはトニーについて憎んでいるようだった。イワンにはアントン・ヴァンコという父親がいたらしい。
テレビではあんなスーツを着た男が現れたことについて再度報道がなされた。スーツは他で製造することが出来ないのになぜだ？という話だった。
刑務所に入れられていたイワンは食事をしようとしたところ数字のついた機械も渡されていた。さらに同じ囚人番号の人物が来る。
どうやら爆弾の様でそれを使ってイワンは脱出を図る。
脱出したイワンはどこかに連れてこられ、そこにはジャスティン・ハマーがいた。ハマーはイワンと仕事をしたいと言って２人は食事をたしなみ始める。
ハマーはトニーを襲ったことについて称賛、さらにイワンに対して資金を提供することを約束する。これによりイワンはトニーをまた襲うことになる。
テレビではトニーが本当に世界を守れるのか？という話題が流れる。
トニーはイワンについて調べていたところどうやら犯罪歴があり、途中から行方をくらました存在だった。
そこにローディが現れる。ローディはトニーの体を心配していた。
イワンはハマーの持っていた施設を案内された。イワンは公式では死んだ扱いになっているため静かに開発が出来るとのことだった。
ハマーの目的はアイアンマンを出し抜くことで国防総省と25年契約を結ぶというものだった。そのためイワンを利用してトニーを倒そうとしているようだ。
トニーはナタリーに対して「これが最後の誕生日だとしたらどうする？」と問い、ナタリーは「楽しむ」と答える。
これに対してトニーはパーティを開いてスーツに身を包み楽しんでいた。
ペッパーはハメを外しすぎているトニーにパーティを終わらせてというがトニーは酔っていて二次会を始めようとする。さらに人に当たったら死ぬ威力のある波動のようなもので参加者と大変危険な遊びをし始めた。
これを見ていたローディは銀のスーツに身をまとってトニーと戦闘を始める。トニーに「スーツを着る資格はない」とローディは言い、トニーは「相棒はいらない」といって殴り合いを始める。
白熱する２人は相打ちする。その前にトニーはパーティの観客たちに出ていけと言った感じのこと言っていたため特に犠牲者はいなかった。
銀色のスーツを着たローディはそのまま着用して空を飛びどこかへ行く。
ローディは仲間の軍のもとへ行ったようだ。
トニーが外でドーナツを食べていたところシールドのニック・フューリーが現れる。ニックはどうやらひみつの組織に勧誘しに来た様子だった。そこにさらにペッパーの秘書のナタリーが現れる。
どうやらこのナタリーはロマノフという名前でシールドのスパイでありニックの部下だったらしい。
ニックはさらにスーツを奪われていたことに対して驚いていた。
ここでロマノフはトニーに注射を打つ。その注射は二酸化リチウムで症状緩和剤であり毒素を抑えるものらしかった。
ただ完全ではないのでやはりパラジウムに変わる代替素材が必要だった。
イワンのもとには一匹の鳥が連れてこられていた。イワンはハマーが作っていたスーツを改造していた。頭の部分が改造されており、ドローンとして操縦できるようになっているようだ。
ローディはスーツを手に入れたことについて称賛され、エキスポで出店するという話になっていた。
ニックはトニーの父親がどれだけ偉大な人物かを語っていた。ここでアントン・ヴァンコが金に目がくらむ男でトニーの父親とも活動していたことを話す。
ハワードスタークはシールドの創設メンバーらしい。ニックはロマノフと道具を残して去っていった。ロマノフも何かやることがあったようで去っていく。
コールソンという人物もおり、その人はトニーの監視役となっていた。
残された箱には「ハワード」の名前が記されていた。
ローディのほうでは手に入れたスーツについて話していたところにハマーが現れる。
ハマーは武器の営業のようなものを軍の人にしていく。ローディはすべて買うことにした。
トニーはハワードの道具を開ける。そこにはアーク・リアクターの設計図とハワードが撮影したビデオなどが残されていた。
ビデオには当時の技術では実現不可能だった技術に関するヒントの在処が示されていた。
トニーはペッパーがいる社長室へ向かうと「未来のカギはここにある」と書かれたシートを剥がす。そこにはなにやら建造物が広がるミニチュアがあった。
それはどうやら1974年に行われたスターク・エキスポのミニチュアであり、これを3Dモデルにして確認してみたところパラジウムに変わる新しい元素をスタークは発見する。
トニーは早速新しい元素を作り出す巨大装置プリズム加速器を作り上げていた。さらに実験も成功、三角形の形をした新しい新元素を作り出す。新元素はアーク・ﾘｱｸﾀｰにも適応した。
一方でイワンも何か新しいものを作っていた。しかしハマーは怒っていた。これはイワンがスーツをいつまで経っても完成させないせいだった。
さらにハマーはローディが持っているスーツに派手な改良を加えていたらしい。
イワンはトニーに対して父親の仇を取るという電話をする。トニーは新しいアーク・リアクターを身に着けてスーツを着用し、ハマーが開催しているイベントに行くことになる。
ハマーはイベントでハマー・ドローンというアイアンマンに変わる新たな武器の公開をしていた。それらは全脅威対応型バトルスーツだった。
そこに指揮官が現れる。指揮官は派手に改造されたアイアンマンスーツであり、中にローディが入っていた。
そこにトニーが駆け付け、ローディにイワンが背後にいることを告げて民間人に避難させるよう告げる。
しかしローディの入ったスーツはイワンによってハッキングされて遠隔操作されてしまう。さらに他のバトルスーツもトニーに攻撃するため飛び立つ。
バトルスーツの一部は民間人にも襲い掛かり始める。
ロマノフはハマーにイワンが背後にいることを聞き出してコールソンとともにハマー社へむかう。
その間もトニーは襲われつつ民間人にも危険が及んでいた。
ハマー社についたロマノフは中の警備を倒してイワンのもとへたどり着いていた。
トニーは兵器ドローンをおびき寄せて壁の部分に衝突させることで多く倒すことに成功。さらにローディのスーツはロマノフのおかげでハッキングが解除される。
トニーとローディが会話していると残されたドローン兵器が現れて2人を襲う。これらは２人によって倒すことに成功。
ハマーは逮捕。
そこにイワンが新しいスーツに身を包んでやってきた。
２人は協力してイワンを討伐することに成功する。しかしイワンのアーク・リアクターには自爆装置がついていた。トニーとローディはその場にいたペッパーを回収して逃げる。
トニーとペッパーは軽い痴話喧嘩をする。
トニーの手にはアベンジャーズ計画報告書というものが手渡されていた。しかしロマノフのスパイ評価ではアベンジャーズには不適合で不合格と判断されていた。
ニックはアベンジャーズとしては不合格だが相談役として採用されることになる。
さらにローディとトニーは国から表彰を受ける。
エンド後
ニューメキシコ州の魅惑の地に異動になった人物が謎のハンマーを見つける。